基于AT89S52的汽車倒車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)

李旺++楊佩++白景濤

摘要：該文設(shè)計(jì)的汽車倒車防撞報(bào)警器利用單片機(jī)計(jì)算來控制設(shè)備的測距功能和報(bào)警功能， 從而使汽車駕駛員在倒車過程中能夠清楚地知道車后障礙物與汽車尾部的距離，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，避免倒車事故的發(fā)生。該汽車倒車防撞報(bào)警器具有良好的實(shí)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：防撞；測距；單片機(jī)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）09-0258-02

1 引言

今時(shí)今日，國內(nèi)汽車的使用量正在飛速增長，汽車不但早已不再是“稀罕物”，而且馬路上的汽車越來越“擁擠”，甚至城市繁華地段的停車位往往也“一位難求”。在汽車行駛過程中，駕駛員常常需要通過倒車操作來實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向、入庫等動(dòng)作。由于駕駛員在車內(nèi)控制汽車倒車時(shí)，視野會(huì)受到汽車駕駛室其他結(jié)構(gòu)部分的限制，且車后高度較低的物體也無法通過后視鏡看到，另外，在能見度較低的天氣和夜晚，車后方的物體更是難以被駕駛員清楚地看到，因此，如果沒有輔助駕駛員倒車的設(shè)備或手段，則難以保證安全駕駛的順利實(shí)現(xiàn)?？紤]到倒車操作的上述困難，應(yīng)提供一種可以在任何能見度的條件下提示駕駛員車后方物體與汽車尾部安全距離的倒車防撞設(shè)備?；谏鲜鲆?，再顧及設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，本文設(shè)計(jì)了一款以單片機(jī)和超聲波測距傳感器為核心部件的汽車倒車防撞報(bào)警器。

2 超聲波傳感器測距原理

因?yàn)槌暡ň哂休^強(qiáng)的指向性，且其在傳播過程中能量消散緩慢、能在介質(zhì)中傳播較遠(yuǎn)的距離，故超聲波適合用于測量物體間的距離。另外，因?yàn)槌暡y距具有使用安全、成本低廉、測定迅速、易于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算簡單、抗干擾性能強(qiáng)、穩(wěn)定性能好、便于實(shí)時(shí)控制和測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此該測距方式在汽車倒車防撞報(bào)警器中得到了廣泛的應(yīng)用。

采用超聲波測距時(shí)，先由超聲波發(fā)生器向指定方向發(fā)射超聲波，并在發(fā)射時(shí)刻開始計(jì)時(shí)。當(dāng)超聲波沿發(fā)射方向遇到障礙物后，就會(huì)產(chǎn)生反射，而在發(fā)射端接收到反射回的超聲波后，計(jì)時(shí)結(jié)束。假設(shè)超聲波由發(fā)射到返回經(jīng)過的時(shí)間為t，則根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度340m/s，就可以計(jì)算出發(fā)射端和障礙物之間的距離s。該測距關(guān)系式可寫為：

[s=340?t/2]

用于產(chǎn)生超聲波的超聲波發(fā)生器大體可以分為兩大類：一類用電氣方式產(chǎn)生超聲波，另一類用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。目前得到廣泛應(yīng)用的是機(jī)械方式類型中的壓電式超聲波發(fā)生器。

壓電式超聲波發(fā)生器是通過利用壓電晶體的諧振來工作的。該類超聲波發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板組成。在它的兩個(gè)電極加電脈沖信號，當(dāng)電極頻率與壓電晶片的固有振蕩頻率相等時(shí)，壓電晶片將會(huì)產(chǎn)生共振，并引發(fā)共振板產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生超聲波。反過來，如果兩電極未加電，當(dāng)共振板作為接收器接收到超聲波時(shí)，其將引發(fā)壓電晶片產(chǎn)生振動(dòng)，如果將該機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號，則該裝置就又變?yōu)槌暡ń邮掌髁恕?/p>

目前超聲波測距的量程一般能達(dá)到百米以上，測量精度可達(dá)到厘米以上。由這一測距量程和精度可知，利用超聲波測距法來設(shè)計(jì)制作汽車倒車防撞報(bào)警器是完全合適的。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的汽車倒車防撞報(bào)警器是在單片機(jī)的計(jì)算和控制下， 利用超聲波測距原理，測量和顯示汽車尾部與車后障礙物之間的距離，并在該距離超過安全距離時(shí)能夠發(fā)出聲光報(bào)

警。這樣一來，就可以及時(shí)警示汽車駕駛員采取剎車或減速等操作， 以避免汽車在倒車過程中發(fā)生碰撞。整個(gè)設(shè)備裝置的硬件部分由主要由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源、單片機(jī)控制電路、數(shù)字顯示電路和報(bào)警電路等組成，其系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。

上述硬件電路中的核心部分為單片機(jī)控制電路，這部分電路主要用于距離的計(jì)算和報(bào)警的控制。本設(shè)計(jì)選用價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定的AT89S52單片機(jī)作為控制電路中使用的單片機(jī)。

AT89S52單片機(jī)的特點(diǎn)包括：8k字節(jié)可編程Flash存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM，32位輸入輸出I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口和片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。該類型的單片機(jī)因?yàn)閾碛?位CPU處理器和8k大小可編程Flash，故其性能足夠用于本文設(shè)計(jì)的汽車倒車防撞報(bào)警器控制系統(tǒng)。

由于超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源電路較為常見，因此本文只重點(diǎn)說明單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)方法。

當(dāng)?shù)管嚪雷矆?bào)警器開始啟用時(shí)，先由單片機(jī)控制超聲波發(fā)生器向車尾方向發(fā)射超聲波，當(dāng)發(fā)射出的超聲波遇到車輛后方的障礙物時(shí)， 其反射的回波又被超聲波接收器接收。根據(jù)超聲波由發(fā)出到返回的時(shí)間，單片機(jī)可計(jì)算出超聲波發(fā)生器與障礙物之間的距離，進(jìn)而將該距離與安全距離進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)玫降慕Y(jié)果小于安全距離時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警電路發(fā)出聲光警報(bào)。這一單片機(jī)控制電路的具體電路形式如圖3所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

在控制程序設(shè)計(jì)方面需要說明的是，由于超聲波發(fā)生器和超聲波接收器通常被一同安裝在狹小的設(shè)備空間內(nèi)，因此兩者之間易產(chǎn)生較強(qiáng)的回波干擾，因此為了防止該干擾引發(fā)測距誤差，在單片機(jī)控制程序中采用了超聲波延遲接收的手段，從而防止回波干擾對報(bào)警器的影響，提高測距計(jì)算的準(zhǔn)確性。

單片機(jī)控制程序流程圖如圖4所示。該流程圖中，當(dāng)給報(bào)警器上電后，初始程序?qū)⒖刂瞥暡òl(fā)生器發(fā)射超聲波，并同時(shí)由單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，在超聲波接收器收到反射回的回波后，計(jì)時(shí)停止。接下來由測距程序計(jì)算與障礙物間的距離，并將計(jì)算結(jié)果由數(shù)字顯示控制程序?qū)懙揭壕э@示器上。最后判斷計(jì)算得到的距離是否小于安全距離，如果小于安全距離則啟動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的汽車倒車防撞報(bào)警器利用單片機(jī)計(jì)算來控制設(shè)備的測距功能和報(bào)警功能， 從而使汽車駕駛員在倒車過程中能夠清楚地知道車后障礙物與汽車尾部的距離，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，避免倒車事故的發(fā)生。該汽車倒車防撞報(bào)警器具有良好的實(shí)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。